不同加载速率下胶结充填体声发射及裂纹演化特征
尹升华
周昀
杨晓炳
陈威
陈俊伟
北京科技大学资源与安全工程学院,北京 100083;北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室,北京 100083
摘要：为探究加载速率v对胶结充填体裂纹演化机制的动态调控规律,开展了v=0.002,0.004,0.008,0.010 mm/s下的单轴压缩同步声发射试验.通过分析声发射振铃计数、平均频率(AF)、上升时间-幅值比(RA)及r值(RA/AF)的时变特征,并结合高斯混合模型(GMM)与移动平均滤波算法对RA-AF数据集进行无监督聚类,以识别裂纹类型及其演化规律.研究结果表明:①峰值应力(σf)附近,充填体的声发射振铃计数呈现区间震荡现象,随着v增大,充填体的弹性变形及塑性屈服阶段的振铃计数波动率减小;②v从 0.002增至 0.010 mm/s时,AF分布集中范围随速率增加由 0～150 kHz压缩至 0～100 kHz,RA分布集中范围由 0～5 ms/V扩展至 0～10 ms/V,且高RA信号集中于 AF<80 kHz窄带;③ v增大对峰后破坏模式具有显著影响,剪切裂纹比例由 19.11%(v=0.002 mm/s)跃升至 64.23%(v=0.010 mm/s),表明v增大会驱动破坏机制从拉伸破坏主导向拉伸-剪切复合型破坏转化;④以加载应力阶段为界限,GMM聚类分析可将充填体的裂纹演化分为拉伸裂纹主导(0～20%σf)、拉伸-剪切裂纹转化(20%σf～80%σf)、剪切裂纹快速增长(80%σf～100%σf)和剪切-拉伸裂纹共同主导(峰后破坏)4个阶段,其中剪切裂纹在 80%σf～100%σf处的快速增长是充填体局部失稳破坏的前兆特征.研究可为充填体的稳定性分析与破坏预测提供理论支持.
关键词：加载速率胶结充填体声发射r值特征裂纹演化
分类号：TD315(矿山压力与支护)
资助基金：国家重点研发计划(2022YFC2904103)国家自然科学基金(52274108)国家自然科学基金(52404110)
论文发表日期：2025-06-30
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：13( 250-262 )
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